移动MPLS及其关键技术

移动数据业务是最具市场前景的电信业务之一，它既能满足各种移动终端用户随时随地访问互联网的需求，又能满足他们之间进行数据和多媒体通信的需求。移动ＩＰ是实现移动数据业务的关键技术之一，它支持具有固定ＩＰ地址的移动终端在互联网中自由移动，并保持移动过程中通信不间断。 　　多协议标签交换（MPLS）是将三层的ＩＰ路由技术和二层的交换技术结合在一起的一种快速包交换技术，它在网络边缘对数据进行分类，并为每类数据添加标签，在网络中仅对标签进行交换，从而实现了数据包的快速交换。ＭＰＬＳ克服了传统ＩＰ网仅提供尽力而为（ｂｅｓｔ ｅｆｆｏｒｔ？服务的缺点，可以保证用户的ＱｏＳ要求，并通过应用流量工程提高了网络资源的利用率。为提供高质量的有ＱｏＳ保证的移动数据业务，移动ＭＰＬＳ技术应运而生。它将移动ＩＰ和MPLS结合起来，在MPLS网中支持ＩＰ移动性，不仅能够满足用户的移动性要求，而且能在用户服务质量和充分利用网络资源等方面提供很好的保证，具有巨大的市场潜力和商业前景。

一、移动MPLS原理　　

基本的MPLS并不支持移动性管理，移动ＩＰ和MPLS结合形成的移动MPLS使MPLS网具备了支持ＩＰ移动性的能力。目前有两种移动MPLS技术：基本移动MPLS和分级移动MPLS（即Ｈ－ＭＰＬＳ）。基本移动MPLS只考虑了IP用户在一个较大范围内移动相对较慢的情况，当无线接入网中因使用微蜂窝而造成IP用户在子网间频繁切换时，切换时延较大，容易引起通信中断。分级移动MPLS克服了基本移动MPLS的缺点，具备微蜂窝移动性管理的能力。

１．基本移动MPLS 　　

在基本移动MPLS机制中，当一个移动主机（ＭＨ）进入一个非家乡子网时，会发送一条注册消息给该子网的外地代理（ＦＡ），ＦＡ把这条注册消息通过正常的ＩＰ路由转发给ＭＨ的家乡代理（ＨＡ），ＨＡ收到注册消息的同时得到了ＭＨ的转交地址（ＣＯＡ）。ＣＯＡ可以是ＦＡ的ＩＰ地址，也可以是ＦＡ动态分配给ＭＨ的一个临时ＩＰ地址。然后ＨＡ向ＦＡ发送标签分发协议（ＬＤＰ）的标签请求消息，ＦＡ则向ＨＡ回送ＬＤＰ的标签映射消息，当标签映射消息到达ＨＡ后，ＨＡ和ＦＡ间的标签交换路径（PLS）就建立了。接着，ＨＡ通过查找标签表，找到以ＭＨ的家乡地址为转发等价类（ＦＥＣ）的行，并把该行的出端口和出标签改为ＨＡ和ＦＡ间ＬＳＰ所使用的端口和标签值。最后，ＨＡ通过其与ＦＡ之间已经建立的ＬＳＰ发送注册应答消息给ＦＡ。ＦＡ收到注册应答消息后，在其标签表中增加一行，并把收到的标签值和端口值填到该行的入标签域和入端口域。

之后，若有通信节点（ＣＮ）向ＭＨ发送数据包，数据包会被路由到ＭＨ的家乡网，并被ＨＡ截获，正如移动ＩＰ协议中所描述的一样。作为ＬＳＰ入口的标签边缘路由器（ＬＥＲ），ＨＡ会以收到的数据包中所包含的ＩＰ地址为索引，在标签表中查找该数据包的出标签和出端口。根据查找到的出标签和出端口，该数据包被加上相应的标签，并沿着ＨＡ和ＦＡ之间的ＬＳＰ以标签交换的方式传送。ＦＡ收到数据包后将查找它的标签表（因为ＦＡ是该ＬＳＰ的出口，所以标签表中相应的出标签和出端口为空）。作为ＬＳＰ出口ＬＥＲ的ＦＡ去掉数据包的标签，并把该数据包通过ＩＰ层送往ＭＨ。

至此，ＭＨ就收到了通信节点发送给它的数据包。在基本移动ＭＰＬＳ中，每当ＭＨ移动到一个新的ＭＰＬＳ子网时，都要通过新子网的ＦＡ向其ＨＡ发送注册消息，并在新的ＦＡ和ＨＡ之间建立一条新的ＬＳＰ。建立新ＬＳＰ并将数据传送切换至新ＬＳＰ所需的时间称为切换时延。如果ＬＳＰ切换时延较大，通信节点和ＭＨ之间的数据通信就会中断，造成数据丢失。为减少切换时延，并保证切换过程中的通信，引入了分级移动ＭＰＬＳ。

２．分级移动MPLS 　　

分级移动MPLS技术假设一个MPLS网被分为多个MPLS域，每个MPLS域中又有多个接入子网。此外，分级移动MPLS还引入了一个新的部件，即外地域代理（ＦＤＡ），每个MPLS域中有一个ＦＤＡ。在分级移动MPLS机制中，ＭＨ可以根据所接收到的代理广播消息来判断自己处于家乡网还是外地网。若ＭＨ认定自己处在外地网中，就会向ＦＡ请求一个ＣＯＡ，并发送注册请求消息给ＦＡ。ＦＡ把注册请求消息转发给本ＭＰＬＳ域的ＦＤＡ，而不是ＭＨ的家乡代理。如果ＭＨ是第一次移动到该MPLS域，ＦＤＡ就向ＭＨ的家乡代理转发注册消息。ＨＡ得到注册消息并获得ＦＤＡ的ＩＰ地址后，利用ＬＤＰ向ＦＤＡ发送标签请求消息。ＦＤＡ接到标签请求消息后向ＨＡ回送标签映射消息，并向ＭＨ当前所在MPLS域内子网的ＦＡ发送标签请求消息。标签映射消息到达ＨＡ后，ＦＤＡ与ＨＡ间的ＬＳＰ就建立了。同样，ＦＡ向ＦＤＡ回送标签映射消息，当标签映射消息到达ＦＤＡ后，ＦＤＡ和ＦＡ间的ＬＳＰ也建立了。然后，ＨＡ会在标签表中找到以ＭＨ家乡地址为ＦＥＣ的行，并把出端口和出标签改为ＦＤＡ和ＨＡ之间ＬＳＰ的相应值。最后，ＨＡ沿着其至ＦＤＡ的ＬＳＰ发送注册应答消息给ＦＤＡ，ＦＤＡ也会沿着ＦＤＡ至ＦＡ的ＬＳＰ转发该注册应答消息。ＦＡ收到注册应答消息后，在它的标签表中加入新的一行，并在入标签域和入端口域中填入所收到注册应答消息的标签值和端口号。与基本移动ＭＰＬＳ一样，在分级移动ＭＰＬＳ机制中，若通信节点向位于外地网的ＭＨ发送数据包，ＨＡ就会截获这些数据包。在分级移动ＭＰＬＳ网中，ＨＡ查找它的标签表，找出该数据包所对应的出标签和出端口。根据查找到的结果，数据包被ＨＡ加上标签沿着ＨＡ和ＦＤＡ间的ＬＳＰ发送到ＦＤＡ。ＦＤＡ收到该数据包后会继续根据入标签值查找到相应的出标签值，即沿着ＦＤＡ和ＦＡ之间的ＬＳＰ把数据包转发到ＦＡ。ＦＡ收到数据包后，会查询它的标签表（因为ＦＡ是该ＬＳＰ的出口，标签表中的出端口和出标签值都为空）。最后，ＦＡ去掉数据包上的标签后，通过ＩＰ层把数据包转发给ＭＨ，于是ＭＨ就收到通信节点发给它的数据。 　　

若ＭＨ在同一个MPLS域中从一个子网切换到另一个子网，它将向新子网的ＦＡ请求新的ＣＯＡ，并向新子网的ＦＡ发送注册请求消息。新子网的ＦＡ会把该注册请求消息转发给ＦＤＡ。收到注册请求消息后，ＦＤＡ向新子网的ＦＡ发送标签请求消息，然后新子网的ＦＡ向ＦＤＡ发送标签映射消息，这样在新子网的ＦＡ和ＦＤＡ之间就建立了一条新的ＬＳＰ，但是ＨＡ和ＦＤＡ之间的ＬＳＰ并没有改变。显然，相对于基本移动MPLS，分级移动MPLS不需要在ＨＡ和新子网的ＦＡ之间建立一条全新的ＬＳＰ，而只是在ＦＤＡ和新子网的ＦＡ之间建立一条新的ＬＳＰ，从而大大减小了切换时延。切换过程中，ＭＨ也可以通过发送绑定更新消息向原先的ＦＡ通知自己新的ＣＯＡ，旧子网ＦＡ可以对ＭＨ的新绑定关系进行缓存。如果ＦＤＡ使用过时的标签表向ＭＨ发送数据包，旧子网ＦＡ收到数据包后将与新的ＦＡ建立ＬＳＰ，并通过该ＬＳＰ向新ＦＡ发送数据包，从而避免了切换过程中数据包被丢失。

在分级移动MPLS机制中，ＭＨ在同一个MPLS域中的移动对其ＨＡ来说是透明的。这样一方面减小了切换时延，另一方面减少了整个网络中切换所需的消息交互，从而节省了网络资源。